K3换热器胀后管口开裂问题解析20161130

1、专业技术职务晋级论文K3换热器胀后管口开裂问题解析申请人：梁阳现任职位：两器内机工艺担当2016年11月论文题目：K3换热器胀管后管口开裂问题解析申请人：梁阳摘 要自2014年4月份K3产品正式量产后，K3换热器的管口开裂问题一直困扰着两器的生产，从2014年8月K3产能逐渐上升，从8月至11月份，K3换热器开裂率高达5.93%，对两器的正常生产产生了巨大的影响，该问题亟待得到解决。影响换热器胀管后管口开裂问题的因素包含有设备、原材料、工装工具以及操作方面，本文从微观观察、数据统计和逆向验证三个方向对换热器管口开裂的影响因素进行分析，根据分析结论，从弯管机切口状态、插管后换热器管口状态和胀管后

2、扩口一致性三个方面进行改善，降低开裂率，减少对生产效率和产品质量的影响。【关键词】K3换热器 胀管机 开裂 目 录一、K3产品引入背景4二.5铜管使用现状4三、K3换热器开裂简介53.1开裂的定义和分类53.2换热器管口开裂的影响63.3 K3换热器管口螺旋状开裂原因分析7四、K3换热器管口开裂的解决办法104.1切口状态改善114.2斡口不良改善114.3扩口一致性改善124.3.1管脚差因素124.3.2扩口器规格13五.结果与展望145.1本文的主要成果145.2待完善的工作14一、K3产品引入背景研究表明：相比较大管径的换热器，采用5.0管径换热器的管内体积要小很多，而采用强化内螺纹的

3、5.0铜管系统效率也更高，所以在相同的系统中，采用5.0管径换热器替代7.0管径的换热器，能够减少制冷剂的充注量；减少量高达30%左右；另外5.0管径换热器相对于现行7.0管径换热器，预计降低18%左右的材料成本,我司K3产品的换热器所用的内螺纹铜管为5.0管径，在提高IPLV值的同时，降低原材料成本，并降低制冷剂充注量，在性能、噪音、风片的单独控制、人感及除菌等有其独特的优势，为拓展出口市场，扩大国市场上都有很大的优势。二.5铜管使用现状 K3换热器生产需经过冲片、弯管、插管、胀管、脱脂干燥五个工序完成，其所使用的铜管管径为5mm，相比于7和9.52的铜管（图1），5铜管加工过程中多12次减

4、径成型，故铜管表面光洁度均差于大直径的铜管，且相比于其他空调公司所使用的5铜管（表1），我司所选用的5铜管底壁厚为0.21mm，齿高为0.15mm，齿顶角为12°，底壁厚相对较薄，齿高高，齿顶角小，加工难度极大，从而在铜管成型和换热器加工过程中，成型率低，加工质量问题较多。表1：业内5铜管规格明细表图1：9.52/7/5表面对比图三、K3换热器开裂简介3.1开裂的定义和分类 K3换热器胀管后，按照开裂的方向可分为直线开裂（图3）和螺旋线开裂（图2）。 图2：螺旋状开裂 图3：直线开裂直线型开裂（图4），K3换热器长官后沿着铜管管长方向开裂，上下呈一条直线，定义为直线型开裂。直线型开裂

5、还包含纯直线型开裂和先直线后斜线开裂，通过微观观察可发现，无论先直线后斜线开裂，抑或是全直线开裂，沿着直线开裂终点延伸处均有锯齿状的纹络，该锯齿状的纹络为内螺纹铜管在加工过程中表面划伤或者气孔经过拉伸、并缩颈后，伤点附近铜管压覆与伤点之上，形成锯齿状的铜管缺陷，胀管后产生直线状的开裂，故为明显的原材料缺陷导致的换热器不良。图4：直线开裂微观图示螺纹状开裂（图5），K3换热器胀管后沿着单条螺纹齿方向开裂，螺旋状开裂可分为纯螺旋状开裂和先螺旋状后直线开裂，经微观观察，这两种螺纹状开裂沿着开裂终点延伸处并没有明显的原材料缺陷。图5：螺旋状开裂微观图示3.2换热器管口开裂的影响换热器管口开裂影响焊接效

6、果，直线型开裂为铜管原材料表面缺陷导致，其缺陷长度无法确认，对系统运行的寿命无法评估，故无论管口直线型开裂长度多少，均无法使用。螺纹状开裂并无明显的原材料缺陷，对于管口开裂长度不足杯型口一半的，可通过补焊等方法投入使用，但超过杯型口一半以上的，导致钎料外流较多，其余部分钎料无法充分渗透，补焊效果不明显，故无法投入使用。K3投产初期，换热器斜裂问题较为严重，斜裂率占比56%，产生大量的换热器报废，严重影响生产效率，故本文针对换热器斜裂问题产生的原因、对应的改善对策以及实施效果进行论述，并提供在问题解决过程中的思路和方法，望能有所益处。3.3 K3换热器管口螺旋状开裂原因分析由于K3换热器为我司最

7、新引入的直径为5mm管径的新型换热器，其所使用的设备以及工装工具均为新定制设备，相应工序的工艺标准并不明确，导致一些影响管口开裂的因素较多且不易被识别，比如弯管后管口状态、插管后管口状态、一次胀管后管口状态、铜管尺寸以及二三次扩口后管口尺寸等这些因素均可以影响到K3换热器的管口开累情况，如需要解决K3换热器管口螺纹状开裂问题，必须进行过程质量的统计、分析和改善。K3四方向机型所用换热器共四种（表2），分别为RCI-28、RCI-40、RCI-71、RCI-80机型，其所用的铜管共计5种，机型和铜管对应关系如表所示，其中2053/2098/2147三种规格的铜管均为无段差铜管，管心距为13.68

8、mm，2143/2098规格铜管为段差为45mm长度铜管，管心距为11.69mm。表2：K3换热器机型参数表机型片数铜管尺寸种类铜管尺寸外片中片内片RCI-282221432098/RCI-402221432098/RCI-7133214320982053RCI-80322143/20982053 针对K3换热器开裂问题，从2014年8月至2014年11月底，对所有生产开裂的换热器的开裂数量、开裂位置进行数据统计，统计结果详见表3。表3：K3不良换热器统计表图6：K3换热器开裂率表4：K3不良换热器占比表机型RCI-80KRCI-71KRCI-40KRCI-28K不良换热器数量561591不良

9、换热器占比69.1%18.5%11.1%1.2%表5：K3不良换热器铜管占比表铜管尺寸2143/2098214320982053不良铜管率54.3%14.8%12.3%18.5%由统计的不良换热器可知（表4），RCI-80FSKNQ机型占比50%以上，且其所用的2143/2098规格的铜管开裂率占比80机型总开裂率的80%（表5），而该规格铜管中2098长度侧开裂率占比为64.59%，相比2143长度侧铜管，弯管时芯轴杆不进入该侧管口，弯管后该侧管口较小，不符合要求值（3.7mm），且切口形状呈多边形形状，切口质量较差（图7）。表6：K3不良换热器开裂铜管位置表图7：正常管和不良铜管管口大小和

10、管口状态对比图在换热器生产中发现（表7），K3换热器胀管前存在斡口问题，且胀管后三次扩口一致性差，在部分铜管管口超出上限值的情况下（7.0），补扩率接近20%左右，生产过程中，为减少补扩换热器管口数量，调节扩口接近于上限位置，进而增加管口开裂的数量。表7：换热器扩口不良率统计表图1.2与换热器管口有接触的有翅片取放钢针以及插管台挡板工装，在插管过程中，铜管将插管钢针顶出翅片孔内，直至挡板工装处对铜管进行定位，插管钢针端部倒角角度以及倒角面光洁度、挡板工装孔的对正情况均有可能导致铜管管口斡口问题，从而产生换热器胀管后开裂问题。图8：胀管前管口不良图图9：不良管换热器胀后图四、K3换热器管口开裂的

11、解决办法经过以上分析可知，影响开裂的主要因素为铜管管口切口状态、插管后换热器管口斡口情况以及胀管后换热器扩口一致性，针对这三个方面，对相应设备、工装工具进行排查，并进行相应改善。表8：K3换热器管口斜裂改善对策表K3开裂问题点对应改善方向改善项目 改善方案弯管机切口状态切刀切刀规格不同角度切刀试用更换周期记录更换时间，制定更换周期点检标准点检标准制定退料杆状态确认确认退料杆头部状态（有无磨损）进刀一致性调整进刀一致性芯轴头与铜管对正情况确认对正情况并调整斡口改善（插管台和取片钢针）挡板工装新制方案制定新挡板工装标准钢针头状态确认确认钢针头部状态扩口一致性改善管脚差确认管脚差状态扩口大小确认扩口

12、大小扩口器表面状态确认表面状态（有无磨损、尺寸等）扩口器弹簧确认弹簧规格改善可行性4.1切口状态改善弯管机影响切口大小和切口状态的因素很多，如切刀角度、退料杆状态、进刀一致性、芯轴头和铜管对正情况等，通过排查，除了切刀角度外，其余均处于较为良好状态，故从切刀角度入手，通过16°和18°两种不同切刀弯制后铜管管口状态可知，16°切刀切后的铜管管口大，且管口状态好，但16°切刀使用寿命较短（如图为磨损后切刀示意图），为保证铜管切口状态，同时避免切刀磨损后无法及时发现从而产生批次质量不良，故对弯管机切刀寿命进行统计可知，16°切刀使用寿命约3万弯次，

13、规定K3弯管机切刀3万弯次进行周期性更换，且产品首末件检查、抽检均对切刀状态进行确认，保证铜管管口质量。图10：16°正常切刀图 图11：16°磨损切刀图4.2斡口不良改善针对翅片取放钢针端板进行两侧倒角，倒角长度5mm，角度30°，并对倒角的圆锥面进行打磨处理，去除表面毛刺，避免铜管管口接触钢针端板时，圆锥面不良导致铜管管口划伤。图12：改善后取片钢针图原始挡板工装由不锈钢板折弯制成（图13/图14），厚度为2mm，不易倒角，且容易变形，后全部更换为10mm厚度铁板（图15/图16），边缘进行倒角打磨处理，更换后的换热器穿管过程中铜管管口不良率基本消除。图13：

14、改善前挡板工装图 图14：改善前挡板工装图纸图15：改善后挡板工装图 图16：改善后挡板工装图纸4.3扩口一致性改善胀管机影响管口扩口大小以及管口开裂的因素有铜管管脚差、胀球与管口的对正情况、扩口器规格、扩口器表面光洁度、扩口弹簧弹力等因素，经排查确认管口与胀球均处于对正状态，扩口器使用原装日本进口扩口器，表面光洁度良好，且胀管后夹爪抓痕正常，故重点从扩口器规格尺寸上以及扩口弹簧弹力大小进行改善。4.3.1管脚差因素弯管作业后对各通道铜管管脚差机型统计（详见表9），各通道管脚差均在1mm之内，且铜管长度均在2m以上，已经达到弯管机铜管管脚差控制的极限水平，故管脚差方面因素保持现有状态即可，重点

15、对管口大小和管口形状进行改善。表9：弯管机各通道弯制铜管长度统计表4.3.2扩口器规格如图所示，扩口器由扩口部分和导向部分组成，原有扩口器的圆锥面最大直径为7.0mm（图17），扩口器位置前移，换热器铜管管口到达最大值7.0mm后，如果扩口器继续前移，换热器管口喇叭口外张，扩口铜管管口随之胀大，扩口一致性差，图18为改造后扩口器，扩口部分最大为6.7mm，扩口器前移，换热器铜管管口到达最大值7.0mm后，如果扩口器继续前移，换热器管口喇叭口部分内收，避免喇叭口继续增大，有效保证扩口一致性，更改扩口器后换热器扩口不良率为6.67%（详见表10）。7.0(最大扩口尺寸)扩口部分导向部分6.7(最大扩口尺寸)扩口部分导向部分 图17：改善前扩口器图示 图18：改善后扩口器图示表10：改善后换热器扩口统计表4.3.3扩口弹簧改善如图19，其中A为现有弹簧，其弹簧丝直径为3.5mm，弹簧劲度系数小，相同扩口行程下，弹簧收缩量大，扩口力小，故扩口一致性差，增加扩口弹簧弹簧丝的直径，B为新更换弹簧，其弹簧丝直径为4.5mm，弹簧劲度系数大，更换后其扩口不良率降低为0.93%（表11），有效保证扩口一致性。BABA图19：改善前后弹簧图示表11：改善后扩口尺寸统计表五.结果与展望5.1本文的